Duplex acélok hegesztett kötéseinek szövetszerkezeti vizsgálata

25. Jubileumi Hegesztési Konferencia Budapest, 2010. május 19‐21.

Duplex acélok hegesztett kötéseinek szövetszerkezeti vizsgálata Balázs János (a), Nagy Hinst Adrián (b), Dobránszky János (c) a) BME Gépészmérnöki Kar, 1111 Budapest, Műegyetem rakpart 3. [email protected] b) BME Gépészmérnöki Kar, 1111 Budapest, Műegyetem rakpart 3. [email protected] c) MTA–BME Fémtechnológiai Kutatócsoport, 1111 Budapest, Bertalan Lajos utca 7. [email protected]

Kivonat: A kísérleti munkánk célja a különböző duplex korrózióálló acélok hegeszthetőségi tulajdonságainak vizsgálata volt, TIG- és ATIG-eljárás használata esetén. A varrat szövetszerkezetét befolyásoló technológiai paraméterek hatását is vizsgáltuk. Az egyik legfontosabb eredményünk a színes marási eljárás sikeres használata volt a hegesztési varratok metallográfiai vizsgálatában. Ennek révén pontosan megállapítható a ferrit és az ausztenit fázis mennyisége, amelyek egyensúlya a duplex acéloknál kimagaslóan fontos. Kulcsszavak: duplex acél, volfrámelektródás hegesztés, ATIG-hegesztés, ferritausztenit fázisarány, színes maratás

1

Bevezetés

Az utóbbi évtizedekben a hagyományos ausztenites, ferrites és martenzites acélok mellett megjelentek a közel fele-fele arányban ferritet és ausztenitet tartalmazó, ún. duplex korrózióálló acélok, melyekben az előbb említett két fázis előnyös tulajdonságai ötvöződnek a duplex acélokban. Ilyen például a nagy folyáshatár, mely kétszerese is lehet az ausztenites acélokénak, jó alakíthatóság, nagy nyúlási érték (30%), kis átmeneti hőmérséklet (≤ -40°C), jó hegeszthetőség, s végül, de nyilvánvalóan nem utolsó sorban az 1. ábrán szemléltetett, kiváló lyukkorróziós ellenállás, amelyet a PRE értékek különféle változatai fejeznek ki. A ma ismeretes duplexacélcsoportokat bemutató 1. táblázat tartalmazza a Ni- és Mo-szegény vagy „sovány” (angolul: „lean duplex”) acélokat is. Ezek kifejlesztését az utóbbi évtizedben gyakran tapasztalható, igen nagy Ni- és Mo-árak ösztönözték. Az első sovány duplexet az AK Steel fejlesztette ki 2000-ben, a legismertebb típus viszont az Outokumpu által 2001-ben kifejlesztett LDX2101 acéltípus.

211

Balázs János et al.: Duplex acélok hegesztett kötéseinek szövetszerkezeti vizsgálata

700

Folyáshatár, Rp0,2 (MPa)

600

Duplex típusok

2507

500

2205

LDX2101 2304

400 300

254SMO

200

304

100

904L

316

Ausztenites típusok

0

0

2

4

6

8

10

Korrózióállóság, relatív skála

1. ábra. Korrózióálló acélok korrózióállósága 1. táblázat. Duplex korrózióálló acélok összetétele (PRE = lyukkorróziós ellenállási index) Csoport

Típus 2205

/

EN

UNS

C

1.4462

S31803

0,03

N

Cr

Ni

Mo

Mn

Si

Cu

W

22

5

3,2

2,0

1,0

-

-

Más

PRE 35

0,18 Duplex UR45N 22% Cr

ATI2003 *

S32003

0,03

0,17

21

3,6

1,7

2,0

1,0

-

-

30

Uranus 50

S32404

0,04

0,20

21,5

7,0

2,5

2,0

1,0

1,5

-

30

XM-26

S31100

0,06

-

26

6,5

-

1,0

1,0

-

-

453S / 329

1.4460

S32900

0,05

0,04

26

5

1,5

1,0

0,75

-

-

0,25Ti

31

26

44LN

1.4460

S31200

0,03

0,15

25

5

2

2,0

1,0

-

-

34

Carpenter 7-

S32950

0,03

0,15

25

5

2

2,0

0,5

-

-

34

Carpenter 7-

S32950

0,03

0,25

27,5

4,4

1,7

2,0

0,6

-

-

35

Ferralium

S32550

0,04

0,17

26

5,5

3

1,50

1,0

2,0

Mo Duplex 25% Cr Mo+ 39

255 Uranus 47N

S32550

0,03

0,18

25

6,5

3

2,0

1,0

-

-

38

Sumitomo

S31260

0,03

0,16

25

6,5

3

1,0

0,75

0,3

0,3

38

DP3 Szuperduplex

Zeron100

1.4501

S32760

0,03

0,25

25

7

3,5

1,2

0,8

0,5

0,6

42

SAF2507

1.4410

S32750

0,03

0,30

25

7

4

1,2

0,8

-

-

43

UR 52N+

1.4507

2

42

DP3W SAF2906 DP28W

212

1.4477

S3520

0,03

0,25

25

6

3,5

1,5

0,8

1,5

S39274

0,03

0,25

25

7

3

1,0

0,8

0,5

41

S32906

0,03

0,40

29

7

2,2

1,2

0,8

0,8

S32808

0,03

0,35

27,5

7,7

1

1,1

0,5

-

2,3

40

42

S39226

0,030

0,20

25,0

6,

3,0

1,0

0,75

0,5

0,3

40


5

Hiperduplex

Sovány

S39277

0,025

0,28

25

7,5

3,5

-

0,025

1,6

1,0

SAF2707HD SAF3207HD Nitronic

42

S32707

0,03

0,40

27

6,5

4,8

1,5

0,5

-

-

S33207

<0,03

0,50

32

7

3,5

1,5

0,8

-

-

50

S32001

0,03

0,12

20,5

2

0,6

5

1,0

-

-

23

1.4362

S32304

0,03

0,10

22,5

4,5

0,3

1,0

2,0

0,3

-

24

LDX2101

1.4162

S32101

0,03

0,22

21,5

1,5

0,3

5

1,0

0,5

-

26

UR2202

1.4062

S32202

0,02

0,20

22

2

0,2

2,0

1,0

-

-

26

ATI 2102

S82011

0,03

0,21

22

1,5

1,0

2,5

1,0

0,5

-

26

3RE60

S31500

0,03

0,07

18,5

4,5

2,6

1,5

1,6

-

-

27

1Co

49

19D 2304

duplex (lean

AF918

/

UR35N

duplex)

Egyéb

* A gyártója ezt az acélt a „lean duplex” kategóriába sorolja

A duplex acélok hegesztésekor fontos, hogy a fázisarányt 20-70% ferrit értéken tartsuk, bár inkább azt kell hangsúlyozni, hogy az ausztenit mennyiségének el kell érnie legalább 30%-ot. Ahhoz, hogy ezt az értéket tartani tudjuk, megfelelő hűtési sebességet és hőbevitelt kell alkalmazni. Ezen kívül segítségünkre lehet egyéb ausztenitképző elemek ötvözése vagy pedig a védőgázhoz való nitrogénadagolás. A megfelelő fázisarány kialakulásához a következő táblázatban meghatározott hőbeviteli értékeket kell alkalmaznunk. A minimális hőbevitel 0,5 kJ/mm minden alapanyag esetén. 2. táblázat. Az egyes duplex acél típusok ajánlott hőbeviteli értékei a gyártó szerint

Alapanyag 2304 2205 2101

2

Maximális hőbevitel 2,0 kJ/mm 2,5 kJ/mm 1,5 kJ/mm

A hegesztési kísérletek ismertetése

A kísérleti varratokat TIG- és ATIG-eljárással készítettük. Az ATIG-eljárás technikai téren megegyezik a TIG-eljárással, az egyedüli eltérést az aktiválópor alkalmazása jelenti. A hegesztendő munkadarab felületét vékony aktiválópor-réteggel látjuk el. E por hatása, hogy csökken a hegesztés áramszükséglete, illetve ugyanakkora áramerősséggel hegesztve nagyobb hegesztési sebességgel haladhatunk. Jótékony hatása továbbá, hogy csökken a hőhatásövezet szélessége, mélyül a beolvadás.

213


2. ábra. 160 A áramerősséggel hegesztett varratok makrofotói: bal oldalt hagyományos TIGeljárással, jobb oldalt az ATIG-eljárással készült varrat keresztmetszeti képe

214


3. ábra. ATIG hegesztés vázlata (fent) valamint a hegesztőberendezés

A hegesztés során 3,0 és 1,5 mm vastag lemezeken hideghuzalos, W-elektródás hegesztéssel, TIG- és ATIG-eljárással, egyoldali I-varratokat készítek. Az ATIGhegesztés alkalmazása vastag lemezeknél térül meg, emiatt ezeket a kísérleteket csak a 3 mm-es lemezeken végeztük el. A védőgáz nitrogéntartalmának hatását vizsgáltuk a varrat ausztenittartalmára színesmaratási eljárással. Az így készített felvételeket ImagePro Plus képelemző programmal elemeztük.

215


4. ábra. A varratfém koronaoldala és a képelemzővel elkülönített fázisok (piros=ferrit)

3.

Eredmények

TIG eljárás esetén, már 2% nitrogen adagolása esetén is a 70%-os ferrittartalom alá mehetünk, 10% esetén elérhetjük az alapanyagban található 50%-ot.

5. ábra. A ferrittartalom alakulása TIG hegesztésnél a védőgáz nitrogéntartalma függvényében

216


5. ábra. A ferrittartalom alakulása TIG hegesztésnél a védőgáz N2-tartalom függvényében

Összefoglalás Az azonos hegesztési paraméterek mellett készült TIG és ATIG varratok ausztenit arányát akár 2% nitrogén védőgázhoz adagolásával javíthatjuk. Ha a nitrogén mennyiségét 5-10%-ra növeljük, akkor megközelíthetjük az alapanyag 50-50%-os arányát is. Az ATIG eljárás esetén nagyabb ferrittartalomra számíthatunk, a TIG eljárással szemben. Végeztünk mágneses fázisarány-meghatározási vizsgálatokat is Ferritescope, Ferricomp és FerriteMeter műszerekkel [6], ezek megerősítették a színes maratásos eljárás eredményeit. Köszönetnyilvánítás

A szerzők köszönetüket fejezik ki a munkájuk támogatásáért a következő intézményeknek és vállalatoknak: NKTH-OTKA K69122, Böhler Kft., Outokumpu Kft., Messer Hungarogáz Kft., Linde Gáz Magyarország Zrt., Dinox-H Kft., Patent Kft., Esab Kft., ÁEF Laboratórium Kft., DKG East Zrt. Irodalomjegyzék

[1] How to Weld Duplex Stainless Steels. Avesta Welding AB. (2006) http://www.avestawelding.com/3756.epibrw (2010-02-28) [2] B. Aitken: How to Weld Duplex Stainless Steel. http://www.engineersaustralia.org.au/shadomx/apps/fms/fmsdownload.cfm?fil e_uuid=EF9B0598-E8BE-B607-D9A0-96CF65BCB7D6&siteName=ieaust (2010-02-28) [3] Sándor T., Dobránszky J.: The Experiences of Activated Tungsten Inert Gas (ATIG) Welding Applied on 1.4301 Type Stainless Steel Plates. Materials Science Forum 537-38 (2007) 63-70

217


[4] Kardos I: Színes metallográfia alkalmazása a gyakorlatban. Bányászati és kohászati lapok. Kohászat, 139 (2006:6) 5-11 [5] I. Kardos, Z. Gácsi, P. J. Szabó: Color Etching for Characterization the Grain Orientation in Spheroidal Graphite Cast Iron. Materials Science Forum, 537538 (2007) pp. 389-396 [6] Mészáros I, Ginsztler J: Magnetic Investigation of Creep and Thermal Shock Fatigue Processes. In: Baldev Raj (szerk.) Pressure Vessels and Piping, Inspection and Life Management. Narosa, New Delhi 2009, 159-164

218

Duplex acélok hegesztett kötéseinek szövetszerkezeti vizsgálata

Recommend Documents